加速器中微子物理

中微子是基本粒子中最为奇特的粒子之一.它不带电,稳定,质量接近于零,自旋为1/2,没有磁矩,以光速运动,属于轻子族,只参与弱相互作用.1930年,泡利为了解决原子核β衰变现象中出现的矛盾首次在理论上引进这种粒子.1933年费密称它为中微子(以ν表示),并提出四费密子相互作用来解释β衰变现象,奠定了弱相互作用的理论基础. 中微子广泛存在于自然界中,但用天然中微子来进行实验是十分困难的.首先,中微子与物质的相互作用极弱,其次,天然的中微子的数量也太少.因此,长期来中微子的存在及其性质都是以间接的方式确定的:从原子核β衰变的β能谱形状可推断中微子的自旋为1/2;从能谱高端的形状可推断中微子质量接近于零.     

原子核的双β衰变

原子核的单β衰变过程已为人们所熟知,一个典型的过程是中子衰变为质子,并放出电子和中微子,即n→p+e+v.自从1914年查德威克测量β衰变的连续能谱以来,β衰变的研究一直是原子核物理和粒子物理的重要研究课题之一.例如,李政道和杨振宁提出的宇称不守恒定律,就是吴健雄通过原子核的β衰变研究而得到实验证实的.近几年来,规范理论研究的进展表明自然界中的一个基本定律——轻子数守恒律可能不是绝对守恒的,它在某些过     

高能宇宙中微子的声探测

中微子在基本粒子家族中素有鬼魂粒子之称.它静止质量等于零,不带电荷,以光速运动,几乎不与任何物质发生相互作用.虽然它与质子、光子、电子并列为稳态粒子,但要直接探测它是不可能的. 1956年美国物理学家科温(L.Cowan)和雷恩(F.Reine)在新墨西哥州利用一台早年研制原子弹后废弃不用的反应堆作为反中微子源(中子衰变后产生,即n→p~ e~- (?)),估计每秒可产生10~(18)个(?)(反中微子),通过常年记录(?) p→n e~ , e~ e~-→rr反应中产生的光子辐射证实了确有(?)存在.自此以后,中微子探测,特别是太阳中微子和宇宙中微子探测便一直研究不断.近年来,随着高能天体物理研究的进展,人们并始酝酿打开中微子的天文观察窗口.因为,中微子不象光子,它不受磁场影响,也不会被散布在空间的宇宙尘埃及星光所散射,能穿透致密星体,因此,它可能带来远古宇宙纪元的信息,是理想的宇宙信使.(据估计,10~(14)eV光子一光子散射的结果,距离达10~7     

地球中微子:来自地球深部的信使

中微子是构成物质世界最基本的单元之一,在自然界广泛存在.正在建设的江门中微子实验站(JUNO)是我国第二个大型国际领先的中微子实验站.地球中微子(geo-neutrino)是地球内部天然放射性元素(主要是~(238)U,~(232)Th和~(40)K三种同位素)衰变产生的反电子中微子.它们在衰变过程中也同时释放出大量热能,是驱动地球演化的主要地热能来源之一.地球中微子的通量和产生的热能成固定比例.因此,测量地球中微子的通量,可以获得放射性元素分布及其对地热能的贡献.江门中微子实验站的探测器质量为2万吨,运行一年所获取的地球中微子事例数达到400个以上,超过全球已有地球中微子探测器10年所探测事例的总和.江门中微子实验站周围500 km以内贡献50%以上的地球中微子事例数,利用地球科学手段可合理、有效估算实验站周围及邻区地壳的贡献,实验站测量总数减去地壳贡献,可得到地幔的贡献.因此,有效充分利用实验站可望帮助解决放射性元素衰变对地热能的贡献、测量Th/U比值和来自地幔的放射性地热等问题,并推动国内中微子地球科学研究的交叉领域发展.本文首先介绍了地球内部有关热量未解决的科学问题及地球中微子可能的贡献,其次介绍了地球中微子研究的国内外现状及精确地壳结构模型研究的重要意义,随后着重介绍了江门中微子实验的地球中微子探测潜力及其独特的地理位置和探测优势对地球科学研究的意义,最后给出总结和展望.     

质子会衰变吗?

自然界中的自由中子是不稳定的,可以衰变成质子,同时放出一个电子和一个中微子,平均衰变寿命大概是15 min,可是到目前为止并没有观察到质子衰变.本文从粒子物理标准模型(夸克、轻子、希格斯粒子为基本粒子和它们之间基本相互作用)出发,讨论了质子衰变的可能性.建立在标准模型基础上的大统一模型给出了质子寿命的下限.文章同时介绍了目前实验给出的质子衰变寿命下限.     

利用共振纳米腔等离子体激元产生分子热电子荧光

对功能分子接近金属时的发射特性进行控制是纳米光学研究的核心问题,对于纳米尺度的能量转移和光操纵以及等离子体激元装置研发等领域尤为重要.虽然多种电子振动跃迁(S1(v′)→S0(v))可以用于荧光的频率调谐,但目前为止已知的接近金属时的分子发射遵从Kasha定则,其辐射衰变来自最低激发态的放射衰变(S1(0))。     

氚原子核发射单能γ射线的上限

中微子质量的问题是粒子物理学和天体物理学的重要问题之一。在氚原子核衰变过程,即~3→~3H+e~-+(?)中,β射线的能量很低,因而目前有许多实验,通过测量氚的β射线能谱来研究电子反中微子的质量。由于氚原子核的这种重要性,实验上确证氚是纯β放     

曲面在4-流形中的嵌入(Ⅰ)

一、引言 我们在本文中研究S~2和不可定向曲面在单连通闭4-流形中的微分嵌入。对于S~2,我们仅考虑由S~2到M~4的哪些映射同伦类包含有嵌入的问题,或者等价地说,在H_2(M~4)=H_2(M~4,Z)中哪些类可由嵌入的球面来表示,这是因为嵌入的法Euler数是由它们所代表的同调类唯一确定的。假如N~2为闭和不可定向的,那么存在由给出的一一对应[N~2,     

第四种中微子的发现冲击现有的理论

英国和美国的物理学家们最近获得一些惊人的证据,表明可能存在着又大又重的第四种中微子,它不时地在原子核的β衰变中出驯.当一个中子衰变为一个质子时,同时释放一个电子和一个中微子,一般情况下放出的电子和中微子质量很小或几乎完全没有质量.1985年,一位加拿大物理学家在实验室中观测到     

太阳中微子被~(81)Br和~7Li的俘获截面

最近提出用~(81)Br作为太阳中微子探测器来研究太阳中微子的通量。我们曾提出中微子老化假说解释了以~(37)Cl作为探测器的实验结果和理论值之间的矛盾。本文利用[2]中的假说及完全同样的参数计算了太阳中微子被     

重粒子放射现象的观测和研究——一类新的天然放射性——碳-12、碳-14、氧-16发射的证据

重粒子放射现象是指某些重原子核自发地进行碳衰变或氧衰变,即是有可能发射出迄今已知的α、β、γ、中子、质子以外的碳原子核或氧原子核的现象。 A·Sandulescu等(Sov.J.Part.Nucl.,11(1980),528),及卢希庭(原子核物理,1981),分别提出镭和钍的一些核素,有可能自发地发射~(14)C、~(24)Ne、~(26)Mg……”,或~(12)C、~(16)O……等重荷电粒子。1984年国外报道了观测到镭-223发射碳-14的实验结果。 我们经过长期的研究,已经在实验上找出了证实~(12)C、~(14)C、~(16)O发射的证据。我们观测的对象是从陈旧钍盐中分离出来的~(228)Ra、~(224)Ra及其子体,源的α放射性计数率≤5×10~2计数/秒。用金硅面垒半导体探测器和4096道脉冲幅度分析器组成的α     

SU_3~(2)八重态矢量介子和长寿命重粒子

最近在实验中发现了质量为3.105GeV.,衰变宽度小于1.9 MeV.的粒子。发现者称之为J粒于或ψ_(3100)粒子。接着又在实验中发现了质量为3.695GeV.,衰变宽度小于2.7MeV.的粒子。发现者称之为ψ_(3700)粒子。这二个粒子的显著特点是:它们的质量比任何在实验上已经确证其存在的基本粒子为重,但是它们的寿命比强子高激发态的寿命长百倍。它们的发现为探索基本粒子的结构提供了新的线索。 可以将在实验上已经发现的,或在理论上正在广泛讨论的基本粒子分为三类:     

缺中子同位素~(215-217)U的α衰变研究

通过重离子熔合蒸发反应~(180)W(~(40)Ar,xn)~(220-x)U,合成了两个缺中子新核素~(216)U和~(215)U.目标核由熔合反应产生后从薄靶中反冲出来,在飞行中被兰州充气谱仪从大量的本底离子中分离并偏转到探测系统.探测系统对目标核的注入以及随后将发生的α衰变进行探测.探测器上产生的信号经电子学处理后被数据获取系统转换成一定格式的数据保存下来.实验采用能量-位置-时间关联的数据分析方法来寻找和鉴别目标核.在束流能量为187.2 MeV的情况下,新核素~(216)U的两个α衰变态被观察到:一是基态,它的α粒子能量为10.384(30)MeV,半衰期为4.72_(-1.57)~(+4.72)ms;二是自旋宇称为8~+的同核异能素态,它的α粒子能量为10.582(30)MeV和8.182(30)MeV,半衰期为1.31_(-0.48)~(+1.80)ms.在束流能量为205.5 MeV的情况下,新核素~(215)U被观测到,它的α粒子能量和半衰期被确定为8.428(30)MeV和0.73_(-0.29)~(+1.33)ms.此外,实验还观测到从~(217)U的基态产生的两个新的α跃迁,它们的α粒子能量分别为8.210(30)MeV和8.098(30)Mev.     

杰克·施泰因贝格尔(1921—2020)

正因发现μ子中微子而荣获诺贝尔奖的粒子物理学家。1945年,当粒子物理学家杰克·施泰因贝格尔(Jack Steinberger)开启其职业生涯时,科学家们对于亚原子粒子知之甚少。如今,为人所熟知的亚原子粒子已达数十种之多,其基本构造都已编入粒子物理学标准模型中。     

自然信息

中微子没有质量,这是泡利(W.Pauli)在三十年代初为了解释核β衰变中“能量不守恒”现象而引入中微子时所要求的,后来为大量实验所证实. 不过最近有些物理学家正在对此提出挑战.美国、瑞士、法国和苏联都有人在进行这方面的研究.美国加州大学欧文分校的莱因斯(F.     

自然信息

~(26)P 显示新的衰变现象美国加利福尼亚州劳伦斯·伯克利(Lawrence Berkeley)实验室的物理学家们找到了新型放射现象的第二个例子.大约在一年以前,他们曾报道~(22)Al 会发生“β缓发两质子衰变”,现在又在~(26)P 发现了类似的衰变现象.一般来说,放射性衰变反映出不稳定的原子核有一种趋向稳定构造的倾向.稳定的方式之一就是调整原子核内质子和中子的数目,使其达到最适当的比例,以使原子核总能量降至最低.在普通的β衰变中,一个中子(或质子)转变成一个质子(或中子)同时放出一个电子(或正电子)及一个反中微子(或中     

ξ(2.22)粒子的产生和衰变

中性流的发现,W~±和Z粒子的找到,证实了弱电统一标准模型的正确性。然而这一理论所引用过的Higgs机制中的Higgs粒子,却至今未探测到。1983年Mark Ⅲ组在J/φ的衰变道中发现了粒子ξ(2.22),即     

自然信息

新粒子ζ由加州理工学院、华盛顿大学等五个单位的物理学家组成的一个小组,在SLAC的SPEAR正负电子对撞机上,用马克Ⅲ探测仪观察近600万起J/ψ粒子衰变的产物,发现了一个新的窄共振粒子ζ(2.2).这个粒子的质量是质子质量的2.4倍,它主要衰变为K~+K~-介子对和K_(?)~0K_(?)~0介子对.初步估计它的自旋为偶数,字称和电荷宇称均为正.ζ(2.2)粒子究竟是什么性质的     

三维球面S3(1)中的常平均曲率曲面

设S~3(1)为三维单位球面,M~2是S~3(1)中具有常平均曲率H的紧致定向曲面。Chern证明了下述结论:若M~2是拓扑球面,则M~2为全脐点曲面。易见它可以叙述成:M~2为拓扑球面的充要条件是M~2的Gauss曲率K=1+H~2。这就给出了M~2为拓扑球面的一个曲率特征。我们研究M~2为拓扑环面的曲率特征,得到了下述结论:     

Sasaki流形的拟脐超曲面

设(?)是结构张量组为(F_A~B,G_(AB),F~A)的Sasaki流形,M~(2n)是等距浸入在(?)中的超曲面.(?)的结构张量组在M~(2n)上的诱导结构为(f_a~b,g_(ab),u~a,v~a,λ),N~A为M~(2n)在(?)中的单位法向量,其中λ是(?)中的结构向量F与M~(2n)的法向量N的夹角的余弦,即λ=cos.设M~(2n)为基本元为v~a的拟脐超曲面,即它的第二基本形式满足:h_(ab)=pg_(ab)+qv_av_b,若q=0,则M~(2n)是全脐的,特别若再有p=const.≠0,则称为特征全脐超曲面;若p=0,则M~(2n)是柱形的;若p=q=0,则M~(2n)是全侧地的.